基于FTA的石墨密封组件可靠性分析

吴瑕　李洪平

摘要：针对某系列直升机航空发动机主减速器中使用的一种新型石墨密封组件，从密封组件结构入手，采用FTA分析法，绘制了故障树，对其进行了可靠性分析，以提高石墨密封组件的可靠性。

关键词：石墨密封组件;可靠性;故障树

0 引言

航空发动机密封组件是发动机的重要组成部分，是保证航空发动机正常运转的重要部件，主要用于对滑油进行密封。石墨密封组件是航空发动机密封组件中的一种常见组件。虽然石墨密封组件的结构尺寸相对于整个发动机来说比较小，但其密封性能的好坏会对整个发动机乃至整个飞机的安全运行产生重大影响。本文研究的石墨密封组件是在端面密封与径向密封基础上发展而来的一种多运动副密封的综合结构件。该多密封面、结构复杂的石墨密封属于“硬填料式分瓣环”结构密封，其工艺制作水平高，制造难度大，技术要求高。本文将其作为研究对象，从密封结构、产品装配等方面，采用FTA分析方法，对该型石墨密封组件进行可靠性研究。

1 石墨密封组件

1.1    功能

本文研究的石墨密封组件是在端面密封与径向密封基础上发展出来的一种多运动副密封的综合结构件。该石墨密封组件的主要功能是通过其内部的石墨环与旋转轴接触，密封主减速器内的滑油，保证密封轴在工作状态和非工作状态均不会出现任何漏油状况，同时防止外部物体进入主减速器内。

1.2    组成

石墨密封组件安装在主减速器左发输入、刹车输出及尾传输出处等。石墨密封组件外径通过密封座及O型圈与主减速器连接;内径与旋转轴接触，密封滑油。石墨密封组件由密封座组件、窄石墨环组件、宽石墨环组件、波簧组件四部分组成。

1.3    约定层次

石墨密封组件的约定层次划分如图1所示。“初始约定层次”为主减速器润滑系统;“约定层次”为密封座组件、窄石墨环组件、宽石墨环组件、波簧组件;“最低约定层次”为组成组件的各零件。

1.4    功能层次与结构层次对应表、任务可靠性框图

石墨密封组件的具体功能层次与结构层次对应表如表1所示，其具体任务可靠性框图如图2所示。

2 基于FTA的石墨密封组件可靠性分析

本文选用正向FTA方法对石墨密封组件的可靠性进行分析，选取“石墨密封组件漏油”作为顶事件，根据建立故障树的原则进行系统分析，可得到石墨密封组件漏油故障树、窄石墨环组件故障树，分别如图3、图4所示。

利用下行法，对故障树进行分析，可以看出所有底事件均为单点故障。该故障树最小割集有13个，分别是：{X1}{X2}{X3}{X4}{X5}{X6}{X7}{X8}{X9}{X10}{X11}{X12}{X13}。其中{X3}{X10}{X11}为弹簧故障，{X7}{X8}{X9}为波簧故障，{X5}为滑油污染，{X1}{X2}{X4}为密封座故障，{X6}{X12}{X13}为石墨环故障。因此，从这几个方面入手，制定相应的改进措施，可以提高石墨密封組件的可靠性。

3 结语

本文采用正向FTA分析方法得到了石墨密封组件的故障树，可以确认影响该型石墨密封组件密封效果的关键因素，如波簧弹力、弹簧弹力、密封面粗糙度及平面度等，使得故障原因更加清晰明了，有助于找出引起故障的主要因素，以便采取有针对性的改进措施，从而提高石墨密封组件的可靠性。

收稿日期：2020-04-01

作者简介：吴瑕（1984—），女，河南人，在职研究生，工程师，研究方向：机械制造和精密测量技术。